Chinesisches Forschungsteam entwickelt fortschrittliches neuronales Geschmackssystem

Kürzlich haben das Team um Yan Yong vom Nationalen Zentrum für Nanowissenschaft und Technologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften Fortschritte bei der Entwicklung eines intelligenten Geschmackssystems erzielt. Die Nachahmung menschlicher Sinnesorgane, insbesondere im Bereich des "brain-like computing" oder künstlichen Gehirns, ist eine der Kernforschungsrichtungen in der Künstlichen Intelligenz. In diesem Kontext sind Systeme, die Sensieren, Speichern und Berechnen kombinieren, von besonderer Bedeutung. Während visuelle und taktile Wahrnehmungen bereits gut erforscht sind, bietet ein nachgeformtes Geschmackssystem einzigartige Vorteile in Bereichen wie Umweltüberwachung, Lebensmittelkontrolle, Gesundheitsüberwachung, Krankheitsdiagnose und Wiederherstellung von Geschmacksempfindungen. Das besondere Herausforderungsniveau liegt darin, dass Geschmackswahrnehmungen chemische (oder biologische) Stoffwechselvorgänge beinhalten. Die Geräte müssen daher in einem Flüssigmedium arbeiten, was den Prozess komplexer macht als bei anderen Sinneswahrnehmungen. Yan Yongs Team hat eine neue Art von Nanoionenkomponenten entwickelt, die auf mehrschichtigen Graphenoxid-Filmen basieren. Diese Komponenten können sowohl als Sensor als auch zur Berechnung eingesetzt werden und sind in der Lage, in Wasserlösungen zu funktionieren. Die Untersuchungen der Ionenkinetik und Finite-Elemente-Theorien Simulationen haben gezeigt, dass das Adsorptions-Desorptions-Prozess an den Grenzflächen der Graphenoxid-Schichten die Migrationsgeschwindigkeit der Ionen erheblich verlangsamt. Dies verleiht dem Gerät ionensensitive und memristive Eigenschaften. Das Team hat diese Sensoreigenschaften genutzt, um eine Vielzahl von Geschmacksprofilen in einer chemischen Datenbank zu speichern. Mittels der neuromorphischen Berechnungsfunktion des Geräts wurde ein Reservoir-Rechnernetzwerk erstellt, das ein künstliches Geschmacksystem simuliert. Dieses System kann vier grundlegende Geschmacksempfindungen – sauer, bitter, salzig und süß – sowie komplexe Aromen wie Kaffee und Cola mit hoher Genauigkeit erkennen. In einer physiologischen Umgebung konnte das Ergebnis sowohl die Sensierung als auch die Berechnung in derselben Komponente erfolgreich durchführen. Dies legt den Grundstein für die Entwicklung von intelligenten Geschmackssystemen in flüssigen Medien. Die Forschungsergebnisse wurden in der "Proceedings of the National Academy of Sciences" (PNAS) veröffentlicht und von "Nature" in einem speziellen Bericht vorgestellt. Das Projekt wurde u. a. durch Fonds der National Natural Science Foundation of China und der Shandong Natural Science Foundation unterstützt. Experten aus der Branche loben die Innovation, da sie wichtige Fortschritte in der Erstellung funktionaler künstlicher Sinnesorgane darstellt. Das Nationale Zentrum für Nanowissenschaft und Technologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften ist bekannt für seine führende Rolle in der Entwicklung neuer Materialien und Nanotechnologien. Die aktuellen Ergebnisse unterstreichen die wachsende Bedeutung von neuromorpheren Systemen in der Künstlichen Intelligenz und eröffnen neue Möglichkeiten für Anwendungen in verschiedenen Bereichen.